I filtri (in cascata)

Dedicato a chi si avvicina all'alta fedetà
(per i cavi c'è una sezione dedicata)
Rispondi
Messaggio
Autore
Avatar utente
MarioBon
Amministratore del forum
Messaggi: 9121
Iscritto il: 24/11/2016, 13:13
Il mio Impianto: molto variabile: Amplificatore Audio Analog, Diffusori autocostruiti, lettore CD autocostruito.
Località: Venezia
Contatta:

I filtri (in cascata)

#1 Messaggio da MarioBon »

I filtri cross-over impiegati nei sistemi di altoparlanti (o diffusori acustici o casse acustiche che dir si voglia) possono essere attivi o passivi.
I filtri passivi sono realizzati con induttori, condensatori e resistori (raramente autotrasformatori) e non richiedono una alimentazione. Svolgono contemporaneamente tre funzioni:
- filtro (passa basso, passa alto, passa banda, ecc.)
- equalizzazione della risposta (polo/zero, notch, ecc.)
- equalizzazione dei livelli (per es. attenuazione del tweeter...)
La loro progettazione non è troppo difficile ma richiede la conoscenza l'impedenza elettrica di ciascun altoparlante (che dipende dalla frequenza). Un limite dei filtri passivi è la quasi impossibilità di inserire dei ritardi temporali (al massimo si riesce ad aggiustare la fase con delle reti all-pass che fanno danni per altri versi). Non è facile realizzare coppie di filtri cross-over "uguali".

I filtri attivi presentano innegabili vantaggi tra cui:
- non è necessario considerare l'impedenza dei singoli altoparlanti
- Ordine selezionabile (anche ad elevata pendenza)
- caratteristica di fase selezionabile
- possibilità di cambiare la frequenza di taglio in modo semplice e rapido
- possibilità di inserire un ritardo
- è facile realizzare coppie di cross-over uguali.

L'unica limitazione è la difficoltà di equalizzare la risposta dei singoli altoparlanti per cui si devono usare altoparlanti con una risposta già abbastanza "piatta" nel loro range di utilizzo.

I filtri passivi possono essere configurati in serie, in parallelo o in cascata. I filtri digitali vanno in parallelo o in cascata.
Con più sezioni di filtro indipendenti in parallelo, quando si cambia qualche cosa in una sezione, si deve intervenire anche sulle altre.
Immagine
Con i filtri in cascata, quando di interviene su una sezione, non è necessario intervenire sulle altre. In particolare, quando si introduce un ritardo su una via, tutte le sezioni di filtro collegate alla sua uscita subiscono lo stesso ritardo (e non è necessario alcun ulteriore agguistamento). In sostanza sono più facili da mettere a punto (specie per quanto riguarda l'allineamento temporale dei diversi altoparlanti).
I filtri in cascata si presentano come segue (questo è un 5 vie ma basta togliere una sezione per ottenere un 3 vie o aggiungerne una per ottenere 6 vie):
Immagine
Immagine
A seconda delle esigenze si può scegliere una configurazione o l'altra in funzione di quanti filtri si desidera avere in serie al tweeter (sotto certi punti di vista meno ce ne sono e meglio è...).
Ogni sezione del filtro in cascata è costituita da un filtro a due vie per cui, regolando la frequenza di taglio, viene modificata contemporaneamente sia la risposta del passa basso che del passa alto.
Nota: le frequenze di taglio sono del tutto indicative.
(continua)
Mario Bon http://www.mariobon.com
"Con delizia banchettiamo con coloro che volevano assoggettarci" (Adams Family)
Avatar utente
MarioBon
Amministratore del forum
Messaggi: 9121
Iscritto il: 24/11/2016, 13:13
Il mio Impianto: molto variabile: Amplificatore Audio Analog, Diffusori autocostruiti, lettore CD autocostruito.
Località: Venezia
Contatta:

Re: I filtri (in cascata)

#2 Messaggio da MarioBon »

Quando si impiegano le trombe ci si può trovare in una situazione come quella illustrata qui di seguito:
Immagine
In figura qui sopra: Esempio di sistema a 3 vie con altoparlanti montati a filo dello stesso pannello piano e su piani sfalsati. con i relativi ritardi. La figura considera il "ritardo di volo" al quale va sommato il ritardo di gruppo eventualmente presente nella risposta in frequenza e nei filtri cross-over.

A causa della diversa lunghezza delle trombe le sorgenti risultano a distanze diverse dal punto di ascolto con conseguente disallineamento temporale. Per porre rimedio o si allineano i centri acustici (come nella figura a destra) o si inseriscono delle linee di ritardo (diponibili nei cross-over digitali). In casi particolarmente semplici (per esempio per sistemi a due vie con taglio sufficientemente basso) pò anche realizzare un filtro passivo e affidarsi ai difetti dell'apparato uditivo (poco sensibile all'eccesso di fase se non in una ristretta banda di frequenze).
Va tenuto presente che la diffrazione ai bordi è udibile quindi avanzare una tromba per generare diffrazione non è sempre una buona idea.

I cross-over elettronici consentono di ottenere Filtri a fase minima o filtri a fase lineare. Quali scegliere? Gli altoparlanti, per loro natura si comporterebbero come dispositivi a fase minima. Poi intervengono i break-up della membrana e la diffrazione ai bordi che introducono degli scostamenti dal comportamento ideale. In sostanza però un altoparlaante ha un comportamento decisamente più vicino alla fase minima che alla fase lineare. Quindi appare naturale assecondare questo comportamento e utilizzare filtri cross-over a fase minima (che, tra l'altro introducono latenza minima). Contrariamente, usando cross-over a fase lineare, si realizza un sistema a fase decisamente mista.
(continua)
Mario Bon http://www.mariobon.com
"Con delizia banchettiamo con coloro che volevano assoggettarci" (Adams Family)
Avatar utente
MarioBon
Amministratore del forum
Messaggi: 9121
Iscritto il: 24/11/2016, 13:13
Il mio Impianto: molto variabile: Amplificatore Audio Analog, Diffusori autocostruiti, lettore CD autocostruito.
Località: Venezia
Contatta:

Re: I filtri (in cascata)

#3 Messaggio da MarioBon »

Questa che segue è la risposta (qualitativa) in ampiezza e fase dei tipi di carico più utilizzati:
Immagine
Come si vede le basse frequenze sono "in anticipo" rispetto alle frequenze più alte. La risposta in fase è comunque monotona decrescente il che comporta un ritardo di gruppo positivo (in ogni caso la risposta non può precedere lo stimolo).
All'altro estremo della banda audio, oltre una certa frequenza , la risposta del tweeter si attenua e il sistema, nel suo complesso, assume la risposta di un filtro passa banda.
Se si rispetta la condizione di fase minima la risposta del sistema sarà simile a questa:
Immagine
I moderni tweeter arrivano anche un po' oltre i 20kHz.
Quella in blu è la risposta in fase "ideale" nella condizione di fase minima.
Ora che abbiamo realizzato un sistema quanto più prossimo alla fase minima e temporalmente allineato possiamo decidere di correggere l'eccesso di fase (sul sistema nel suo assieme) o anche di trasformarlo in un sistema a fase lineare (cosa che riesce particolarmente agevole con un DSP). La trasformazione in un sistema a fase lineare implica l'introduzione di una latenza (che ora però riguarda tutto il sistema e quindi è ininfluente).
Quanto scritto fin qui può essere dimostrato anche dal punto di vista matematico (ma sinceramente ho poca voglia...).

Nota: un altoparlante dinamico a cono si può considerare un sistema a fase minima almeno fino al primo break up e finché è possibile trascurare la profondità del cono rispetto alla lunghezza d'onda riprodotta. Se è in cassa chiusa la condizione di fase minima si estende verso il basso, teoricamente, fino a frequenza zero. Purtroppo l'ambiente interviene a "mischiare le carte" (ma c'è sempre il DRC...)

(fine)
Mario Bon http://www.mariobon.com
"Con delizia banchettiamo con coloro che volevano assoggettarci" (Adams Family)
Rispondi

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 12 ospiti